CN104753445B - 太阳能供电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能供电装置，太阳能供电装置包括控制器、光伏电池模块、变压电路、整流模块、电池切换电路、供电开关、供电输出端和蓄电池模块，蓄电池模块包括至少两个蓄电池，电池切换电路包括多个控制开关，各个控制开关与各个蓄电池一一对应，控制器分别连接各个控制开关。本发明的太阳能供电装置，在充电模式时，通过控制器分别向各个控制开关输出脉冲信号，使各个蓄电池成周期性间歇充电；控制开关导通时，其对应的蓄电池充电；控制开关断开时，其对应的蓄电池中析出的气体逆化学反应再化合成水，减少蓄电池内部的压力，加快了其对应蓄电池再下一次充电时的充电速度，提升了蓄电池模块的充电速度。

Description

太阳能供电装置
技术领域
本发明涉及太阳能发电技术领域，尤其涉及一种太阳能供电装置。
背景技术
随着科学技术的飞速发展和对节约能源的重视，通过太阳能发电装置进行供电已经应用的越来越广泛，但由于太阳能发电装置只能在白天进行，因此，太阳能发电装置通常会带有蓄电池进行储电，以供夜间或阴雨天使用，现有的太阳能发电装置，其蓄电池充电方式通常为对蓄电池进行持续充电直至蓄电池充满，由于蓄电池在充电时，蓄电池中进行化学反应而析出气体，持续充电会使蓄电池中析出的气体越来越多，从而导致蓄电池化学反应的速度越来越慢，即导致蓄电池的充电速度越来越慢。因此，现有的太阳能发电装置的存在蓄电池充电速度慢的缺陷。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种太阳能供电装置，旨在解决蓄电池充电速度缓慢的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种太阳能供电装置，所述太阳能供电装置包括控制器、光伏电池模块、变压电路、整流模块、电池切换电路、供电开关、供电输出端和蓄电池模块，其中：
所述变压电路的输入端连接所述光伏电池模块的输出端，所述变压电路的输出端连接所述整流模块的输入端，所述整流模块的输出正端经所述供电开关连接所述供电输出端；
所述控制器连接所述供电开关，控制所述供电开关导通和断开；
所述蓄电池模块包括至少两个蓄电池，所述电池切换电路包括多个控制开关，各个控制开关与各个蓄电池一一对应，各个蓄电池的阳极分别经其对应的控制开关与所述整流模块的输出正端连接，所述蓄电池的阴极连接所述整流模块的输出负端；
所述控制器分别连接各个控制开关，并通过发送电平信号给所述控制开关以控制所述控制开关的导通和断开；所述控制器在所述供电开关断开时，分别向各个控制开关发送脉冲信号，使所述电池切换电路在任一时刻都至少有一个控制开关处于导通状态；所述控制开关在接收到所述脉冲信号的第一电平状态时导通，并在接收到所述脉冲信号的第二电平状态时断开。
优选地，所述控制开关为第一开关管，所述第一开关管的第一导通端连接所述整流模块的输出正端，所述第一开关管的触发端与所述控制器连接，所述第一开关管的第二导通端连接对应的蓄电池的阳极。
优选地，所述控制器还与所述蓄电池模块连接，以检测所述蓄电池模块中的各个蓄电池的荷电状态。
优选地，所述控制器在所述供电开关导通且在检测到所述蓄电池的荷电状态低于第一预设阈值时，控制荷电状态低于第一预设阀值的蓄电池所对应的控制开关断开；所述控制器在所述供电开关导通且各个蓄电池的荷电状态均低于所述第一预设阈值时，控制所述供电开关断开。
优选地，所述控制器还连接所述变压电路，以控制所述变压电路的输出电流大小；所述控制器在所述供电开关断开且各个蓄电池的荷电状态均大于第二预设阈值时，控制所有控制开关导通并调节所述变压电路的输出电流大小调节到预设值。
优选地，所述变压电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第二开关管、第三开关管和变压器，其中：
所述第一电容连接在所述变压电路的输入端的正、负端之间，所述第二电容与所述第三电容串接后并联在所述第一电容的两端，所述第一电阻与所述第二电容并联，所述第二电阻与所述第三电容并联；
所述第二开关管的第一导通端连接所述变压电路的输入端的正端，所述第二开关管的第二导通端连接所述第三开关管的第一导通端，所述第三开关管的第二导通端连接所述变压电路的输入端的负端，所述第二开关管的触发端和所述第三开关管的触发端与所述控制器连接；
所述变压器的原边线圈的一端连接所述第二开关管的第二导通端，所述变压器的原边线圈的另一端经所述第四电容连接所述第二电容与第三电容的公共端，所述变压器的副边线圈的两端分别为所述变压电路的输出端的正、负端。
优选地，所述控制器在所述供电开关断开时分别向各个控制开关发送的脉冲信号包括频率相同的第一方波脉冲信号和第二方波脉冲信号，所述第一方波脉冲信号的占空比和所述第二方波脉冲信号的占空比均为50％，所述第一方波脉冲信号与所述第二方波脉冲信号具有90°的相位差；所述电池切换电路的一部分控制开关接收到的脉冲信号为第一方波脉冲信号，所述电池切换电路的另一部分控制开关接收到的脉冲信号为第二方波脉冲信号。
优选地，所述太阳能供电装置还包括串接在所述供电输出端与所述供电开关之间的直流升压变换器。
优选地，所述太阳能供电装置还包括滤波电路，所述整流模块的输出正端经所述滤波电路连接所述电池切换电路和所述供电开关。
优选地，所述滤波电路包括第五电容、第六电容和电感，所述电感的第一端连接所述整流模块的输出正端，所述电感的第二端连接所述电池切换电路和所述供电开关，所述电感的第二端经所述第五电容连接所述整流模块的输出负端，所述第六电容与所述第五电容并联。
本发明的太阳能供电装置，在充电模式时，通过控制器分别向各个控制开关输出脉冲信号，使各个控制开关周期性通断，即各个蓄电池的阳极周期性与整流模块的输出正端通断，各个蓄电池成周期性间歇充电；控制开关导通时，其对应的蓄电池充电；控制开关断开时，其对应的蓄电池中析出的气体逆化学反应再化合成水，减少蓄电池内部的压力，加快了其对应蓄电池再下一次充电时的充电速度，使得蓄电池的充电始终保持较快的速度，因此提升了蓄电池模块的充电速度；并且，控制器输出的脉冲信号不会使各个控制开关全部同时断开，在蓄电池模块中一部分蓄电池断开充电时，另一部分蓄电池导通充电，使光伏电池模块的输出不会中断，保证了对光伏电池模块的所有发电量的有效利用，避免了光伏电池模块的发电量的浪费。
附图说明
图1为本发明太阳能供电装置较佳实施例的电路模块示意图；
图2为本发明控制器输出的第一方波脉冲信号和第二方波脉冲信号的波形示意图；
图3为本发明太阳能供电装置较佳实施例的电路图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种太阳能供电装置，参照图1，在本实施例中，该太阳能供电装置包括控制器10、光伏电池模块20、变压电路30、整流模块40、电池切换电路50、供电开关K、供电输出端Vout和蓄电池模块60，其中：
变压电路30的输入端连接光伏电池模块20的输出端，变压电路30的输出端连接整流模块40的输入端，整流模块40的输出正端V+经供电开关K连接供电输出端Vout；变压电路30接收光伏电池模块20发电产生的交流电，将该交流电变压后输出到整流模块40整流，整流模块40将变压电路30输出的变压后的交流电整流成直流电输出，整流模块40输出的直流电可经供电开关K输出到供电输出端Vout，供电输出端Vout即可向外供电；
控制器10连接供电开关K，控制供电开关K导通和断开；供电开关K可选用直流固态开关，通过控制器10输出电平信号给直流固态开关以控制直流固态开关的导通和断开，当然，供电开关K还可选用其它类型开关；
蓄电池模块60包括至少两个蓄电池61，电池切换电路50包括多个控制开关51，各个控制开关51与各个蓄电池61一一对应，各个蓄电池61的阳极分别经其对应的控制开关51与整流模块40的输出正端V+连接，蓄电池61的阴极连接整流模块40的输出负端V-，即每个控制开关51控制对应的蓄电池61与整流模块40的输出正端V+的连通和断开；
控制器10分别连接各个控制开关51，并通过发送电平信号给控制开关51以控制控制开关51的导通和断开(例如，高电平使控制开关51导通，低电平使控制开关51断开；或者，高电平使控制开关51断开，低电平使控制开关51导通)；控制器10在供电开关K断开时，分别向各个控制开关51发送脉冲信号，使电池切换电路50在任一时刻都至少有一个控制开关51处于导通状态(即控制器10输出给各个控制开关51的脉冲信号中至少有一个脉冲信号是与其它脉冲信号不同步的)；控制开关51在接收到脉冲信号的第一电平状态时导通，并在接收到脉冲信号的第二电平状态时断开。本实施例中，第一电平状态为高电平或低电平；第一电平状态为高电平时，第二电平状态则为低电平；第一电平状态为低电平时，第二电平状态则为高电平。
1、在供电开关K导通时，整流模块40的输出正端V+与供电输出端Vout连通，此时为太阳能供电装置的供电输出模式；2、在供电开关K断开时，整流模块40的输出正端V+与供电输出端Vout断开，并且整流模块40的输出正端V+经电池切换电路50连接蓄电池模块60，对蓄电池61进行充电，此时为太阳能供电装置的充电模式。
本实施例提出的太阳能供电装置在充电模式时，通过控制器10分别向各个控制开关51输出脉冲信号，使各个控制开关51周期性通断，即各个蓄电池61的阳极周期性与整流模块40的输出正端V+通断，各个蓄电池61成周期性间歇充电；控制开关51导通时，其对应的蓄电池61充电；控制开关51断开时，其对应的蓄电池61中析出的气体逆化学反应再化合成水，减少蓄电池61内部的压力，加快了其对应蓄电池61再下一次充电时的充电速度，使得蓄电池61的充电始终保持较快的速度，因此提升了蓄电池模块60的充电速度；并且，控制器10输出的脉冲信号不会使各个控制开关51全部同时断开，在蓄电池模块60中一部分蓄电池61断开充电时，另一部分蓄电池61导通充电，使光伏电池模块20的输出不会中断，保证了对光伏电池模块20的所有发电量的有效利用，避免了光伏电池模块20的发电量的浪费。
进一步地，参照图2，本实施例中，控制器10在供电开关K断开时分别向各个控制开关51发送的脉冲信号包括频率相同的第一方波脉冲信号S1和第二方波脉冲信号S2，第一方波脉冲信号S1的占空比和第二方波脉冲信号S2的占空比均为50％，第一方波脉冲信号S1与第二方波脉冲信号S2具有90°的相位差；电池切换电路50的一部分(记为第一部分)控制开关51接收到的脉冲信号为第一方波脉冲信号S1，电池切换电路50的另一部分(记为第二部分)控制开关51接收到的脉冲信号为第二方波脉冲信号S2。本实施例的太阳能供电装置优选控制器10输出的脉冲信号包括上述的第一方波脉冲信号S1和上述的第二方波脉冲信号S2，从而使得切换开关电路中的第一部分控制开关51和第二部分控制开关51的导通充电时间相同，保证蓄电池模块60中各个蓄电池61的充电均匀。
进一步地，参照图1，本实施例中太阳能供电装置还包括串接在供电输出端Vout与供电开关K之间的直流升压变换器70。由于太阳能供电装置的发电功率通常较小，本实施例通过设置直流升压变换器70，将太阳能供电装置的整流模块40的输出正端V+输出的电压进行升压后输出，从而满足较大功率用电设备的正常供电。
进一步地，在本实施例中，控制器10还与蓄电池模块60连接(图中未示出)，以检测蓄电池模块60中的各个蓄电池61的荷电状态(即剩余电量占蓄电池61满电电量的百分比)。控制器10可通过仪表去测出各个蓄电池61的荷电状态，也可根据蓄电池61的充、放电电流和电压计算得到蓄电池61的荷电状态，或其它方式。控制器10可根据检测到的各个蓄电池61的荷电状态，实现对各个蓄电池61的充电控制或供电开关K的控制。
进一步地，本实施例中，控制器10在供电开关K导通且在检测到蓄电池61的荷电状态低于第一预设阈值时，控制荷电状态低于第一预设阀值的蓄电池61所对应的控制开关51断开；控制器10在供电开关K导通且各个蓄电池61的荷电状态均低于第一预设阈值时，控制供电开关K断开。供电开关K导通时，太阳能供电装置为供电输出模式，此时光伏电池模块20经供电开关K向外供电，蓄电池模块60经开关切换电路后也经供电开关K向外供电，当蓄电池模块60有蓄电池61的电量放电到低于第一预设值阈值时，控制该蓄电池61的控制开关51断开，即控制该蓄电池61停止放电，从而避免蓄电池61深度放电，保护蓄电池61；当所有蓄电池61的荷电状态都低于第一预设阈值时，说明蓄电池模块60的电量已经用完，此时控制供电开关K断开，此时太阳能供电装置进入充电模式，光伏电池模块20的输出对蓄电池模块60进行充电。
进一步地，本实施例中，控制器10连接变压电路30，以控制变压电路30的输出电流大小；通过控制器10控制变压电路30的工作可实现光伏电池模块20的最大功率输出控制，从而对蓄电池模块60的充电更加快速合理。控制器10在供电开关K断开且各个蓄电池61的荷电状态均大于第二预设阈值时，控制所有控制开关51导通并调节变压电路30的输出电流大小到预设值；当各个蓄电池61的荷电状态均大于第二预设阈值，第二预设阈值可以为98％或99％等等，即蓄电池61即将要充满时，调节变压电路30的输出电流大小为预设值(可以为预设的很小的电流值)，以对各个蓄电池61进行涓流充电，以提升各个蓄电池的放电输出能力。
进一步地，参照图1和图3(图3中未示出控制器10和升压变换器70)，本实施例中的控制开关51优选为第一开关管Q1，第一开关管Q1的第一导通端连接整流模块40的输出正端V+，第一开关管Q1的触发端与控制器10连接，第一开关管Q1的第二导通端连接对应的蓄电池61的阳极。第一开关管Q1根据其触发端接收到控制器10发送电平信号而导通/截止。当然，控制开关51还可以为其它类型的开关器件。
进一步地，本实施例的变压电路30包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第二开关管Q2、第三开关管Q3和变压器T，其中：第一电容C1连接在变压电路30的输入端的正、负端(正端IN+，负端IN-)之间，以起稳压作用；第二电容C2与第三电容C3串接后并联在第一电容C1的两端，第一电阻R1与第二电容C2并联，第二电阻R2与第三电容C3并联；第二开关管Q2的第一导通端连接变压电路30的输入端的正端IN+，第二开关管Q2的第二导通端连接第三开关管Q3的第一导通端，第三开关管Q3的第二导通端连接变压电路30的输入端的负端IN+，第二开关管Q2的触发端和第三开关管Q3的触发端与控制器10连接；变压器T的原边线圈的一端连接第二开关管Q2的第二导通端，变压器T的原边线圈的另一端经第四电容C4连接第二电容C2与第三电容C3的公共端，变压器T的副边线圈的两端分别为变压电路30的输出端的正、负端。
在本实施例中，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3为PNP型三极管，第一开关管Q2的第一导通端和第二导通端分别为集电极和发射极，第开关管Q3的第一导通端和第二导通端分别为集电极和发射极；当然，第一开关管Q1、第二开关管Q2和第三开关管Q3为PNP型三极管还可以为其它类型的开关管。本实施例中，蓄电池模块60仅仅是优选两个蓄电池61构成为例，两个蓄电池61交替导通；当然，蓄电池模块60的蓄电池61数量还可以更多。第二开关管Q2、第三开关管Q3和变压器T组成为变压器T半桥拓扑结构，控制器10分别输出脉冲信号给第二开关管Q2基极和第三开关管Q3基极，以控制第二开关管Q2和第三开关管Q3的导通和截止，控制器10通过改变其输出脉冲信号的占空比，以调节变压器T副边线圈的输出电流大小。
进一步地，参照图3，本实施例的太阳能供电装置还包括滤波电路80，整流模块40的输出正端V+经滤波电路80连接电池切换电路50和供电开关K。滤波电路80作用时滤除整流模块40输出的直流电中的谐波，以减少蓄电池61充电过程中的发热量，提高蓄电池61的使用寿命。
进一步地，本实施例的滤波电路80包括第五电容C5、第六电容C6和电感L，电感L的第一端连接整流模块40的输出正端V+，电感L的第二端连接电池切换电路50和供电开关K，电感L的第二端经第五电容C5连接整流模块40的输出负端V-，第六电容C6与第五电容C5并联。第五电容C5可选用容置较大的电解电容，以吸收低次谐波和维持电压；第六电容C6可选用容置较小的薄膜电容，以吸收高次谐波。
本实施例中整流模块40采用整流桥，如图3所示，该整流桥由二极管D1、D2、D3和D4构成，二极管D2的阴极为整流模块40的输出正端V+，二极管D4的阳极为整流模块40的输出负端V-。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能供电装置，其特征在于，所述太阳能供电装置包括控制器、光伏电池模块、变压电路、整流模块、电池切换电路、供电开关、供电输出端和蓄电池模块，其中：
所述变压电路的输入端连接所述光伏电池模块的输出端，所述变压电路的输出端连接所述整流模块的输入端，所述整流模块的输出正端经所述供电开关连接所述供电输出端；
所述控制器连接所述供电开关，控制所述供电开关导通和断开；
所述蓄电池模块包括至少两个蓄电池，所述电池切换电路包括多个控制开关，各个控制开关与各个蓄电池一一对应，各个蓄电池的阳极分别经其对应的控制开关与所述整流模块的输出正端连接，所述蓄电池的阴极连接所述整流模块的输出负端；
所述控制器分别连接各个控制开关，并通过发送电平信号给所述控制开关以控制所述控制开关的导通和断开；所述控制器在所述供电开关断开时，分别向各个控制开关发送脉冲信号，使所述电池切换电路在任一时刻都至少有一个控制开关处于导通状态；所述脉冲信号是使所述控制开关周期性通断的脉冲信号，所述控制开关在接收到所述脉冲信号的第一电平状态时导通，并在接收到所述脉冲信号的第二电平状态时断开。
2.如权利要求1所述的太阳能供电装置，其特征在于，所述控制开关为第一开关管，所述第一开关管的第一导通端连接所述整流模块的输出正端，所述第一开关管的触发端与所述控制器连接，所述第一开关管的第二导通端连接对应的蓄电池的阳极。
3.如权利要求1所述的太阳能供电装置，其特征在于，所述控制器还与所述蓄电池模块连接，以检测所述蓄电池模块中的各个蓄电池的荷电状态。
4.如权利要求3所述的太阳能供电装置，其特征在于，所述控制器在所述供电开关导通且在检测到所述蓄电池的荷电状态低于第一预设阈值时，控制荷电状态低于第一预设阀值的蓄电池所对应的控制开关断开；所述控制器在所述供电开关导通且各个蓄电池的荷电状态均低于所述第一预设阈值时，控制所述供电开关断开。
5.如权利要求3所述的太阳能供电装置，其特征在于，所述控制器还连接所述变压电路，以控制所述变压电路的输出电流大小；所述控制器在所述供电开关断开且各个蓄电池的荷电状态均大于第二预设阈值时，控制所有控制开关导通并调节所述变压电路的输出电流大小调节到预设值。
6.如权利要求5中任一项所述的太阳能供电装置，其特征在于，所述变压电路包括第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第二开关管、第三开关管和变压器，其中：
所述第一电容连接在所述变压电路的输入端的正、负端之间，所述第二电容与所述第三电容串接后并联在所述第一电容的两端，所述第一电阻与所述第二电容并联，所述第二电阻与所述第三电容并联；
所述第二开关管的第一导通端连接所述变压电路的输入端的正端，所述第二开关管的第二导通端连接所述第三开关管的第一导通端，所述第三开关管的第二导通端连接所述变压电路的输入端的负端，所述第二开关管的触发端和所述第三开关管的触发端与所述控制器连接；
所述变压器的原边线圈的一端连接所述第二开关管的第二导通端，所述变压器的原边线圈的另一端经所述第四电容连接所述第二电容与第三电容的公共端，所述变压器的副边线圈的两端分别为所述变压电路的输出端的正、负端。
7.如权利要求1所述的太阳能供电装置，其特征在于，所述控制器在所述供电开关断开时分别向各个控制开关发送的脉冲信号包括频率相同的第一方波脉冲信号和第二方波脉冲信号，所述第一方波脉冲信号的占空比和所述第二方波脉冲信号的占空比均为50％，所述第一方波脉冲信号与所述第二方波脉冲信号具有90°的相位差；所述电池切换电路的一部分控制开关接收到的脉冲信号为第一方波脉冲信号，所述电池切换电路的另一部分控制开关接收到的脉冲信号为第二方波脉冲信号。
8.如权利要求1所述的太阳能供电装置，其特征在于，所述太阳能供电装置还包括串接在所述供电输出端与所述供电开关之间的直流升压变换器。
9.如权利要求1-8中任一项所述的太阳能供电装置，其特征在于，所述太阳能供电装置还包括滤波电路，所述整流模块的输出正端经所述滤波电路连接所述电池切换电路和所述供电开关。
10.如权利要求9所述的太阳能供电装置，其特征在于，所述滤波电路包括第五电容、第六电容和电感，所述电感的第一端连接所述整流模块的输出正端，所述电感的第二端连接所述电池切换电路和所述供电开关，所述电感的第二端经所述第五电容连接所述整流模块的输出负端，所述第六电容与所述第五电容并联。
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